Aus Papier und mit Bleistift gezeichnet: Mess-Sensoren für die Haut

Ein paar Striche auf Papier gemalt und (fast) fertig ist ein preisgünstiger Mess-Sensor, der auf die Haut geklebt werden kann, haben US-Forscher herausgefunden.

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(Bild: Qihui Fei)

Von
  • Hans-Arthur Marsiske

Ein von Zheng Yan (University of Missouri, Columbia) geleitetes Forschungsteam berichtet in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift PNAS von vielversprechenden Experimenten mit Sensoren, die wie Heftpflaster auf der Haut befestigt werden und sowohl physiologische Daten erfassen, als auch die Verabreichung von Medikamenten steuern sowie Daten per Bluetooth oder 4G LTE übertragen können. Das Besondere an diesen epidermal electronics (für die sich noch kein deutschsprachiger Ausdruck etabliert hat): Sie werden größtenteils mit Papier und Bleistift hergestellt.

Das habe mehrere Vorteile, schreiben die Forscher in PNAS: Zum einen zersetze sich Papier auf natürliche Weise innerhalb von sechs Wochen, während es bei den ansonsten verwendeten Kunststoffen Jahrhunderte dauern könne. Angesichts der zukünftig erwarteten weiten Verbreitung solcher Körpersensoren, die zudem aus hygienischen Gründen nur einmal verwendet werden können, drohe daher ein großes Müllproblem. Zum anderen sei Papier mit einem Preis von etwa 0,1 Cent pro Quadratdezimeter erheblich preiswerter als andere Materialien wie Polyethylenterephthalat (2 Cent/dm2) oder Polyimide (30 Cent/dm2). Die Hautverträglichkeit haben Yan und seine Kollegen nicht näher untersucht, verweisen aber auf die hohe Atmungsaktivität von Papier als weiteren Vorzug.

Um die Haftbarkeit der Papiersensoren auf der Haut zu verbessern, wurden die von Elektronik freien Bereiche mit einer geringen Menge medizinischem Klebstoff im Gewichtsverhältnis 5:100 beschichtet. Die elektronischen Schaltungen wurden mit einem Bleistift auf gewöhnliches, etwa 0,1 mm dickes Druckerpapier gezeichnet. Um die Tauglichkeit des Ansatzes zu testen, entwarfen die Forscher verschiedene Schaltungen, mit denen sie biophysikalische Messungen wie Hauttemperatur, Herzaktivität (EKG), Muskelaktivität (EMG) oder Hirnaktivität (EEG) durchführen konnten. Die Erhebung chemischer Daten wie pH-Wert, Harnsäurekonzentration oder Glukosegehalt war ebenfalls möglich. Daneben kann die Methode auch zur thermischen Stimulation, etwa für gezielte Wundbehandlung, oder zur Verabreichung von Medikamenten mittels Iontophorese eingesetzt werden.

Ein Papiersensor kann elektrische Muskelaktivität erfassen (Quelle: PNAS)

Natürlich benötigen die Sensoren dafür Energie. Auch dieses Problem lässt sich mit Papier und Bleistift lösen, indem ein Energy Harvester gezeichnet wurde, der die Feuchtigkeit der Umgebung in elektrischen Strom umwandeln kann. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95 Prozent ließen sich auf diese Weise für bis zu zwei Stunden etwa 480 mV generieren. Für die Datenübertragung wiederum dienen gezeichnete Antennen, deren Leistungsfähigkeit den Forschern zufolge denen aus Kunststoffen ebenbürtig sei. Alles in allem seien die Ergebnisse ihrer Experimente so ermutigend, schreiben sie, dass die Möglichkeit auf Papier und Bleistift basierender Hautsensoren, ähnlich wie elektronische Tattoos, unbedingt weiter erforscht werden sollte.

(olb)